Innovative Membrantechnologie von OOYOO zur CO₂-Abtrennung: Messtechnik beschleunigt den Weg zur Kommerzialisierung

Die Zukunft der CO₂-Abscheidung mit Membranen gestalten: OOYOO, ein Deep-Tech-Start-up der Universität Kyoto

Extreme Hitze, Starkregen, Dürren und Waldbrände: Die Auswirkungen des Klimawandels werden inzwischen weltweit beobachtet und wahrgenommen. Regierungen und Unternehmen stehen zunehmend unter Druck, ihre Treibhausgasemissionen zu senken. Dennoch gibt es zahlreiche schwer zu dekarbonisierende Bereiche, darunter die Zement-, Kalk-, Stahl- und Chemieindustrie, prozessbedingte Emissionen sowie Rauchgase aus Müllheizkraftwerken. Entsprechend ist die Nachfrage nach CO₂-Abscheidungstechnologien, die sich in großem Maßstab und kostengünstiger einsetzen lassen, so groß wie nie zuvor.

OOYOO Ltd. begegnet dieser Herausforderung mit einer eigenen Membrantrenntechnologie. OOYOO wurde 2020 auf der Grundlage von Forschungsergebnissen von Professor Easan Sivaniah vom Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) der Universität Kyoto gegründet. Das Deep-Tech-Start-up entwickelt leistungsstarke Polymermembranen zur Gastrennung, die in einer Vielzahl von Gastrennverfahren eingesetzt werden können.

„Der Name OOYOO selbst hat keine spezifische Bedeutung“, erklärt Shogo Otani, Representative Director und CEO von OOYOO. „Er kann also alles werden. Dasselbe gilt für unsere Trennmembranen: Sie lassen sich für viele verschiedene Gase, an unterschiedlichsten Standorten und in verschiedensten Größenordnungen einsetzen.“

OOYOO wendet diese Technologie nun auf eine der weltweit drängendsten Herausforderungen an: die Abtrennung und Abscheidung von CO₂. Dank der hohen Selektivität und Permeabilität seiner Membranen hat das Unternehmen bislang mehr als 2 Milliarden Yen eingeworben, einschließlich öffentlicher Fördermittel.

Stand Oktober 2026 führt OOYOO in einem Biomassekraftwerk in der Präfektur Tottori eine Demonstration zur CO₂-Abscheidung mit einer Kapazität von 100 kg CO₂ pro Tag durch. Noch 2026 soll das System auf rund eine Tonne pro Tag ausgebaut werden.

Warum Membranen? Vorteile gegenüber der Aminabsorption

OOYOO will ein weltweit tätiger Anbieter von Membrantrenntechnologie und ein zentraler Wegbereiter für CCUS werden, und zwar nicht nur für kleine und mittelgroße Emissionsquellen, sondern auch für Großanwendungen. 

Eine der etabliertesten Technologien zur CO₂-Abscheidung ist die Aminabsorption. Bei diesem Prozess reagiert CO₂ in einem Absorber chemisch mit einer Aminlösung und wird anschließend durch Erhitzen der Lösung in einem Regenerationsturm freigesetzt. 

Die Technologie verfügt über eine langjährige Erfolgsbilanz, lässt sich auf große Rauchgasmengen anwenden und ermöglicht hohe CO₂-Abscheidungsraten und eine hohe CO₂-Reinheit. Der Prozess erfordert jedoch Wärme und Dampf, und die Anlage mit in der Regel Absorber, Regenerator und Wärmetauschern benötigt viel Stellfläche. Insbesondere bei kleinen bis mittelgroßen Emissionsquellen können die Investitions- und Betriebskosten zudem eine vergleichsweise hohe Belastung darstellen.

Die Membrantrennung bietet eine Möglichkeit, diese Herausforderungen anzugehen. Die Membrantrennung beruht nicht auf einer chemischen Reaktion: Aufgrund von Partialdruckunterschieden tritt CO₂ selektiv durch die Membran. Regenerationswärme ist nicht erforderlich. Zudem lässt sich das Basissystem in einfachen, kompakten Modulen aufbauen, die je nach benötigter Kapazität ergänzt oder entfernt werden können. Das ermöglicht einen äußerst flexiblen, modularen Ansatz.

Die Membrantrennung selbst befindet sich jedoch noch in der Entwicklung. Zu den Herausforderungen zählen die CO₂-Selektivität, die Permeabilität, die Skalierbarkeit, die Beständigkeit gegenüber verschiedenen Rauchgasbestandteilen sowie die Herstellbarkeit. Entscheidend ist nicht nur die Entwicklung leistungsstarker Membranmaterialien, sondern auch deren Überführung in kommerziell skalierbare CO₂-Abscheidungssysteme.

Die Membrantechnologie von OOYOO erzielt ihre Leistungsfähigkeit durch die Kombination mehrerer Polymere. Sie bewältigt erfolgreich den inhärenten Zielkonflikt zwischen hoher Permeabilität und hoher Selektivität und ermöglicht so energieeffizientere und kompaktere CO₂-Abscheidungssysteme. Gleichzeitig basieren die Membranen auf kommerziell erhältlichen Polymeren, was eine Massenproduktion ermöglicht.

„Der geringe Platzbedarf der Membrantrennung ist ein überwältigender Vorteil. Unsere Membranen entwickeln sich stetig weiter, und wir können die Systeme noch kleiner gestalten. 

Zudem benötigt die Membrantrennung keine thermische Energie und passt daher sehr gut zur zunehmend elektrifizierten Gesellschaft der Zukunft. Sie kommt ohne Chemikalien aus, kann schnellen Lastwechseln in der Stromerzeugung flexibel folgen und setzt keine gefährlichen chemischen Stoffe frei. Dadurch ist sie umweltfreundlich und lässt sich praktisch überall installieren.“

Shogo Otani, Representative Director und CEO, OOYOO Ltd.

OOYOO zufolge bietet die Membran, die auf Basis der Technologie von Professor Easan Sivaniah an der Universität Kyoto entwickelt wurde, eine Leistung auf Weltklasseniveau. Das Unternehmen entwickelt seine Technologie mit Blick auf die Massenproduktion und steht bei gleichbleibend hoher Leistung bereits kurz vor der Kommerzialisierung.

Stand Oktober 2026 führt OOYOO Demonstrationen an Anwendungen wie Stadtgaskesseln und Müllverbrennungsanlagen durch und arbeitet so auf größere Systeme und die Kommerzialisierung hin. Eines dieser Projekte ist die Rückgewinnung von CO₂ aus Rauchgas in einem Biomassekraftwerk in der Präfektur Tottori.

„Kommerziell erhältliche CO₂-Sensoren und -Analysegeräte sowie unsere eigenen Messgeräte waren allesamt von demselben Problem betroffen: Störungen durch Feuchte. Keines der Geräte konnte das Problem lösen.“

Ralph Nasara, CTO, OOYOO Ltd.

Die Messhürde: Membranleistung nachweisen

Eine präzise und zuverlässige CO₂-Messung ist für den Nachweis der Membranleistung unerlässlich. Doch dies erwies sich für OOYOO als eine unerwartet zeitaufwendige Herausforderung.  Das Unternehmen testete zunächst kommerziell erhältliche CO₂-Sensoren und -Analysegeräte sowie ein intern entwickeltes NDIR-Messgerät. Keinem der Geräte gelang es jedoch, das Problem der Querempfindlichkeit gegenüber Feuchte zu lösen.

Verbrennungsrauchgase weisen eine hohe Feuchte auf. Herkömmliche Gasanalysegeräte erfordern daher üblicherweise eine Probenvorbehandlung wie Kühlung und Entfeuchtung. Das bringt mehrere Nachteile mit sich: eine verzögerte Ansprechzeit, CO₂, das sich im Kondensat löst, zusätzlicher Aufwand für Auslegung und Installation des Probenahmesystems sowie ein höherer Wartungsbedarf.

OOYOO entschied sich daher für die Vaisala MGP241. Sie war die einzige von OOYOO geprüfte Lösung, die Feuchtgas ohne jede Vorbehandlung direkt inline messen konnte. Die MGP241 ist eine für CO₂-Abscheidungsanwendungen entwickelte Multigassonde. Ihr hochstabiler CARBOCAP®-Sensor ermöglicht die gleichzeitige Inline-Messung von CO₂ und Feuchte.

Die Hauptfunktionen umfassen:

OOYOO installiert MGP241 Sonden auf der Feed-, Permeat- und Retentatseite seines Membrantrennsystems. So lässt sich die Membranleistung anhand der CO₂-Konzentration in Echtzeit bewerten.

Von der Entwicklung bis zum praktischen Einsatz: Messdaten als Grundlage für die nächste Phase

Gemessene CO₂-Rückgewinnungsraten bieten eine wichtige Möglichkeit, die Übereinstimmung mit Auslegungs- und Simulationswerten zu überprüfen. Der Wegfall eines Vorbehandlungssystems bietet zudem Vorteile hinsichtlich des Platzbedarfs für die Installation, der Anfangsinvestition, der Wartungshäufigkeit sowie der Ansprechzeit. 

Der Wert dieser Messdaten reicht weit über die Entwicklungsphase hinaus. Beim Einsatz von Membranmodulen in realen Anlagen können Echtzeit-Messdaten zudem Folgendes unterstützen:

• Qualitätssicherung des abgeschiedenen CO₂
• Überwachung des Modulzustands
• Erkennung von Membranalterung oder Anomalien
• Berechnung der zurückgewonnenen CO₂-Mengen

All diese Anwendungen sind auf sehr genaue und zuverlässige Messungen angewiesen.

Stand Oktober 2026 arbeitet OOYOO an einem Demonstrationssystem mit einer Kapazität von einer Tonne pro Tag in der Präfektur Tottori und will seine Gastrennmembranen und -module im Geschäftsjahr 2026 kommerzialisieren. Bereits auf dem Markt ist die 100KPD Compact CO₂ Capture Unit, die auf rund 5 m² Stellfläche täglich 100 kg CO₂ abscheidet.

Um die Einführung der Technologie weiter zu beschleunigen, entwickelt OOYOO zudem ein kompaktes Set, das die MGP241 mit Funktionen zur CO₂-Messung und -Abscheidung kombiniert. Ausgestattet mit einer Pumpe, Ventilen, Durchflussmessern und einem Entwässerungssystem lässt sich das Set einfach an eine Emissionsquelle anschließen, sodass Experimente zur CO₂-Messung und -Abscheidung schnell und unkompliziert gestartet werden können. 

Die gewonnenen Daten werden per Fernüberwachung gesammelt und ausgewertet. Sie dienen dazu, die Machbarkeit der CO₂-Abscheidung zu bewerten und die erforderlichen Spezifikationen der Membranmodule zu berechnen. OOYOO prüft zudem Geschäftsmodelle wie Verkauf und Vermietung, um das System für Anwender komfortabler und zugänglicher zu machen.

OOYOO hat sich zum Ziel gesetzt, den Markt für die CO₂-Abscheidung mithilfe seiner eigenen Membrantrenntechnologie zu verändern. Um diese Technologie in eine zuverlässige kommerzielle Lösung zu überführen, ist eine Kombination aus kontinuierlicher technologischer Optimierung und Messverfahren erforderlich, die eine objektive Validierung von Leistung und Ergebnissen ermöglichen. Vaisala wird die Bemühungen von OOYOO weiterhin durch die MGP241 und andere Messlösungen unterstützen.

„Bei der CO₂-Abscheidung ist eine zuverlässige Messung unerlässlich. Eine kostengünstige, einfache und zuverlässige Messlösung wie die Inline-Sonde von Vaisala ist für uns eine äußerst sinnvolle Wahl, wenn wir die anspruchsvolle Aufgabe angehen, CO₂ aus Rauchgas abzuscheiden.“

Shogo Otani, Representative Director und CEO, OOYOO Ltd.

Hauptmerkmale der MGP241

• Eigener CARBOCAP®-Sensor auf Basis nichtdispersiver Infrarotabsorption (NDIR)
• Gleichzeitige Messung von CO₂ und Taupunkt
  • CO₂-Konzentration: 0–100 Vol.-%
  • H₂O-Konzentration: 0–25 Vol.-%*
  • Taupunkt: −10 … +60 °C
• Kontinuierliche Inline-Messung mit direktem Einbau in das Prozessrohr
• Wartungsfreier Betrieb im täglichen Einsatz